謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中心實驗室,上海 200437)

γ-氨基丁酸與睡眠覺醒*

謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中心實驗室,上海 200437)

γ-氨基丁酸(GABA)是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在睡眠覺醒中占有重要的地位。實驗研究發(fā)現(xiàn),在不同的腦區(qū),在睡眠覺醒的不同時期,GABA的水平不同;在不同的腦區(qū),通過對GABA的傳導(dǎo)進行干預(yù),發(fā)現(xiàn)對睡眠覺醒所起的作用不同。該文綜述具體腦區(qū)中GABA與睡眠覺醒的關(guān)系,旨在為新藥研發(fā)提供參考。

γ-氨基丁酸;神經(jīng)遞質(zhì);睡眠覺醒

睡眠可以恢復(fù)體力,有助于記憶,在人生中起到重要作用。失眠能夠引起情緒障礙、藥物依賴、記憶損害、日間疲勞、工作和人際交往困難,損害健康,甚至可能導(dǎo)致事故的發(fā)生[1]。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在睡眠中起著重要的作用[2]。作用于GABAA受體的藥物在失眠的治療中得到廣泛應(yīng)用,如常見的苯二氮 類和非苯二氮 類Z-藥物(如佐匹克隆、扎來普隆和左旋佐匹克隆),苯二氮 類存在著耐受及依賴性等缺點,而非苯二氮 藥物能夠改善藥物的耐受性,并能夠長期應(yīng)用和應(yīng)用于不同的人群[3]。但是非苯二氮 類Z-藥物也存在一定的不良反應(yīng),只適合短期治療失眠。因此,研究GABA在睡眠覺醒中的作用,對于新藥開發(fā)有著重要的作用。

由于GABA與睡眠覺醒的關(guān)系密切。不同的腦區(qū)在睡眠覺醒中起著不同的作用,動物實驗研究發(fā)現(xiàn)GABA在不同的腦區(qū)對睡眠覺醒的作用不同,人類的睡眠覺醒中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。筆者就睡眠覺醒中GABA在不同腦區(qū)所起的作用及同一腦區(qū)的不同睡眠覺醒階段的水平(主要集中動物研究)綜述如下。

1 睡眠研究重要性及相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)

由于睡眠占了人生的三分之一時間,研究睡眠及睡眠障礙,對于社會發(fā)展也起到了重要的作用。特別是隨著社會發(fā)展,失眠患者越來越多。失眠的發(fā)生,不僅造成患者的心理生理雙重壓力,還造成了巨大的經(jīng)濟損失,據(jù)美國2003年統(tǒng)計結(jié)果顯示:年齡在18～64歲的患者平均每6個月花費924美元,而65歲以上老人每6個月花費1 143美元[4]。中國睡眠研究會公布的調(diào)查結(jié)果顯示,中國成年人失眠發(fā)生率38.2%,高于國外發(fā)達國家。因此,對睡眠的研究也就顯得越加迫切。

KRUEGER等于1999年在JSleep Res雜志發(fā)表的《Humoral regulation of physiological sleep:cytokines and GHRH》指出調(diào)節(jié)睡眠覺醒行為的神經(jīng)遞質(zhì)所需滿足的條件:①大腦中存在該遞質(zhì)及其受體；②外部注入該遞質(zhì)或內(nèi)源性產(chǎn)生該遞質(zhì)能增加與該遞質(zhì)相關(guān)的睡眠時相；③抑制該遞質(zhì)的生成或使其失活,以及拮抗其受體都能減少該遞質(zhì)相關(guān)的睡眠時相；④該遞質(zhì)的濃度及代謝率與睡眠覺醒的周期同步變化；⑤該遞質(zhì)水平應(yīng)該在相應(yīng)睡眠時相發(fā)生之前增加；⑥當(dāng)該遞質(zhì)及其受體被拮抗時,由于睡眠剝奪、感染、或周圍環(huán)境溫度升高引起的睡眠時相增加也會受到抑制。

睡眠覺醒與很多神經(jīng)遞質(zhì)密切相關(guān),如乙酰膽堿、谷氨酸、GABA、食欲素、褪黑素、組胺、腺苷等。不同的神經(jīng)遞質(zhì)在睡眠起著不同的作用,相互聯(lián)系,互相影響,共同維持著睡眠覺醒。

2 GABA概述

GABA為一種神經(jīng)遞質(zhì),在神經(jīng)元內(nèi)合成。GABA神經(jīng)元分布廣泛,所有的皮質(zhì)層均有GABA能神經(jīng)元的分布,GABA突觸的活動大小和持續(xù)時間由質(zhì)膜蛋白即GABA轉(zhuǎn)運蛋白決定[5]。GABA能神經(jīng)元分布在基底前腦和前下丘腦[6],并在睡眠時這些神經(jīng)元的放電增加。中腦和后腦也有該神經(jīng)元的分布[7]。

興奮性的谷氨酸系統(tǒng)和抑制性的GABA系統(tǒng)是大腦的化學(xué)平衡主要組成部分,大腦化學(xué)平衡與行為的藥理調(diào)節(jié),治療情緒和情感障礙、認知損害等密切相關(guān)。谷氨酸脫羧酶是GABA的合成酶,GABA轉(zhuǎn)氨酶是GABA的代謝酶[8]。谷氨酸鹽和谷氨酰胺是GABA合成的前體。谷氨酸鹽在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA,而在去極化時新形成的囊泡內(nèi)的GABA是谷氨酰胺通過三羧酸循環(huán)形成的[9]。

GABA通過與受體結(jié)合發(fā)揮作用。GABA受體被分為3種類型,分別為GABAA、GABAB和GABAC,其中GABAA和GABAC均為離子型受體,而GABAB為代謝型受體,GABAC主要分布于視網(wǎng)膜和上丘的視層[10]。GABAA受體為臨床藥物的主要作用靶點[8]。GABAB受體的缺失推遲了睡眠時間,減少了非快速動眼睡眠(non-rapid eye movements,NREM)中delta和theta波的活動,增加覺醒時theta波的活動,但不影響睡眠自穩(wěn)態(tài)[11]。在治療失眠的藥物中,大多數(shù)是針對GABAA受體,而GABA受體的多樣性,使得對具體受體情況的研究尤為重要。

3 GABA與睡眠覺醒

研究GABA在睡眠覺醒中的作用,離不開動物實驗。現(xiàn)在絕大數(shù)以嚙齒類動物和貓為主要的實驗對象。嚙齒類動物(主要為大鼠和小鼠)和貓的睡眠主要有NREM和快速動眼睡眠(rapid eye movement, REM)兩種,NREM睡眠占主要部分,NREM與REM保持一定的比例,比例失衡可能導(dǎo)致睡眠紊亂。

GABA傳輸系統(tǒng)參與睡眠覺醒的調(diào)節(jié)。通常通過研究細胞外GABA水平和GABA的傳導(dǎo)(即GABA受體的激動劑和拮抗劑)來探討該神經(jīng)遞質(zhì)對睡眠覺醒周期的影響,這也是藥理學(xué)研究的思路。具體研究方法為在顱腦中找到不同核團的分布區(qū),進行顯微插管,通過微透析或者顯微給藥進行GABA的相關(guān)研究。

實驗研究發(fā)現(xiàn),不同的腦區(qū),內(nèi)源性GABA水平最高可能出現(xiàn)覺醒,REM或NREM；而GABA的信號傳遞也因腦區(qū)不同而引起覺醒增加或者REM的增加,即在不同腦區(qū)給予GABA的拮抗劑或者激動劑引起了不同的睡眠覺醒變化。

3.1 腦橋嘴側(cè)網(wǎng)狀核(the oral part of the pontine reticular formation,PnO)和腦橋尾側(cè)網(wǎng)狀核(nucleus reticularis pontis caudalis,RPC) 在大鼠的PnO, GABA水平在REM和NREM時降低,覺醒時增高。在該處顯微注射增加細胞外GABA水平的藥物促進了覺醒,抑制了睡眠,而顯微注射降低細胞外GABA水平的藥物促進睡眠,抑制覺醒[12]。在大鼠PnO,GABA的傳輸促進覺醒,抑制睡眠。在該結(jié)構(gòu)食欲素(orexin)-1促進覺醒至少在一定程度上是通過GABA的作用[13]。同時顯微注射食欲素-1和GABA受體拮抗劑抑制了食欲素-1增加覺醒抑制睡眠的作用[14]。

在大鼠的腦橋嘴側(cè)網(wǎng)狀核(nucleus reticularis pontis oralis,RPO)和RPC顯微注射GABAA受體激動劑蠅蕈醇能夠抑制REM,而在RPO顯微注射GABAA受體拮抗劑荷苞牡丹堿能夠促進REM,而RPC對REM的作用很小。說明GABA調(diào)節(jié)的RPO參與覺醒和REM的產(chǎn)生[15]。而在小鼠的RPO注射GABAA受體激動劑增加了覺醒時間,降低了NREM和REM時間,這種作用呈濃度依賴性；注射GABAA受體拮抗劑降低了覺醒期的數(shù)目,增加了NREM和REM的數(shù)目,該作用也呈濃度依賴性。同時注射激動劑和拮抗劑阻斷了激動劑促進覺醒增加睡眠的作用[16]。

3.2 腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 在貓腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,內(nèi)源性即細胞外的GABA水平在覺醒時高于REM睡眠,且在REM睡眠時,GABA的水平降低,引起REM睡眠增加也會引起GABA水平降低,而NREM和覺醒無明顯差異。這表明腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的GABA有促進覺醒的產(chǎn)生和抑制REM睡眠的作用[17]。在貓的腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的腦橋吻核(nucleus pontis oralis,NPO)注射GABAA受體的拮抗劑或者抑制GABA合成的酶能夠促進REM的產(chǎn)生,于REM或者NREM期在該處注射GABA或者GABAA受體激動劑增加了覺醒時間。GABA與覺醒的產(chǎn)生和維持相關(guān),并作為控制REM的部分機制[18]。

3.3 背縫神經(jīng)核 貓背縫神經(jīng)核(the dorsal raphe nucleus,DRN)中內(nèi)源性GABA水平在REM期高于NREM期和覺醒期。在DRN注射GABAA受體激動劑增加REM睡眠,而注射GABAA受體拮抗劑印防己毒素阻斷了REM睡眠[19]。在大鼠的背縫神經(jīng)核注射GABAA受體拮抗劑,增加覺醒,減少了NREM和REM睡眠[20]。

3.4 藍斑核 在貓的藍斑核,GABA釋放水平在REM時期高于NREM和覺醒,且在NREM時高于覺醒[21]。在大鼠背側(cè)藍斑下核注射GABAA受體拮抗劑能明顯縮短REM的潛伏期,增加REM的數(shù)量[22]。

3.5 腦橋被蓋核 在貓的腦橋被蓋核(pedunculopontine tegmentum,PPT),阻斷GABA的受體,減少REM睡眠,而促進GABA的傳輸增加了REM睡眠[23]。在大鼠該區(qū)域使用GABA拮抗劑減少了REM[24-25]。貓[23]和大鼠[24-25],阻斷GABAA受體影響了REM睡眠發(fā)作的平均次數(shù),在貓GABAA激動劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數(shù)和發(fā)作持續(xù)時間,大鼠GABAA激動劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數(shù)。PPT的GABA參與REM睡眠的調(diào)節(jié)[26]。然而,大腦切除貓PPT的GABA抑制REM睡眠[27]。

3.6 視前區(qū)中部-下丘腦前部 于大鼠的視前區(qū)中部-下丘腦前部(the medial portion of the preopticoanterior hypothalamus,mPOAH),顯微注射GABAA受體拮抗劑,減少睡眠,減少REM睡眠的次數(shù)和持續(xù)時間,增加覺醒[28]。在后下丘腦,GABA的水平在REM睡眠時降低[29]。

3.7 正中視前核 在貓的正中視前核顯微注射GABAA受體激動劑能夠減少NREM和REM的時間,而注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM時間,表明該區(qū)的GABA在睡眠,尤其是NREM的產(chǎn)生和維持上起著重要的作用[30]。

3.8 其他 通過對大鼠舌下神經(jīng)運動核注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM和覺醒時的頦舌肌活動,但在REM時無影響[31]。

下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)與結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)構(gòu)成睡眠覺醒觸發(fā)開關(guān),GABA在這個觸發(fā)開關(guān)中起到一定的作用。下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)神經(jīng)元表達的GABA能夠抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)節(jié)乳頭體核和腦干的單胺能覺醒系統(tǒng)[3]。離體膜片鉗發(fā)現(xiàn),藥物的鎮(zhèn)靜作用可能通過間接促進下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)上GABA能神經(jīng)元興奮實現(xiàn)的[32]。下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)中神經(jīng)元中有大量的GABA,大多數(shù)睡眠活躍的正中視前核神經(jīng)元能夠合成GABA,在大鼠下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)域注射外源性GABA能夠減少大鼠的活動,起到鎮(zhèn)靜作用[33]。

發(fā)作性睡病患者的大腦內(nèi)側(cè)前額葉GABA水平升高,尤其是以沒有夜間睡眠干擾的患者明顯,可能是由于適應(yīng)機制的作用[34]。沒有用藥的原發(fā)性失眠者腦內(nèi)GABA水平相比正常人總體下降[35],但是目前尚沒有針對具體的大腦區(qū)域的GABA水平與原發(fā)性失眠關(guān)系的研究。因此,對人的不同腦區(qū)GABA含量的研究也將成為一個趨勢。

貓基底前腦的無名質(zhì)的GABA水平在NREM時明顯高于REM睡眠；在軀體感覺皮層,NREM時GABA的水平明顯高于REM和覺醒,隨著覺醒時間的延長,GABA水平也隨之增高,提示GABA與睡眠的自穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)[36]。

動物研究大多只是選用非選擇性的受體激動劑和拮抗劑,并沒有具體選擇性的受體激動劑和拮抗劑。具體受體的研究同時加上具體腦區(qū)GABA水平變化,從動物實驗到臨床實驗,對于加強藥物的靶向性,提高藥物的療效意義重大。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展,神經(jīng)遞質(zhì)之間的相關(guān)性研究也是一個方向,GABA與其他神經(jīng)遞質(zhì)之間是否存在相關(guān)性,或者是某個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一點,也值得進一步研究,這也將為未來新藥研究提供思路。同時,與GABA相關(guān)的轉(zhuǎn)運蛋白及、合成酶、代謝酶等與睡眠覺醒的研究也是未來的發(fā)展趨勢。

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DOI 10.3870/yydb.2014.05.029

R971.3;R969

A

1004-0781(2014)05-0641-04

2013-06-10

2013-10-08

*上海市教育委員會科研創(chuàng)新項目(14YZ063)；上海市衛(wèi)生局中醫(yī)藥科研基金資助項目(2012QL019A)；上海市科委項目(10DZ1973800)；上海市衛(wèi)生局項目(20110423)

謝晨(1987-),女,河北承德人,博士,研究方向:針灸免疫。電話:(0)18801615869,E-mail:xiechen2000@163.com。

楊文佳(1978-),女,云南保山人,主治醫(yī)師,博士,研究方向:針灸治療睡眠障礙的臨床機制。電話:021-65161782,E-mail:yangwenjia1030@163.com。

陳云飛(1968-),男,四川富順人,研究員,博士,研究方向:針灸免疫。電話:021-64684215,E-mail:icyf1968@163.com。